倒垂孔、双金属标孔施工组织设计方案

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发布时间：2021-08-11

资料介绍

大坝倒垂孔、双金属标孔施工及监测设备安装组织设计
一、施工准备
1、钻孔结构设计
1）倒垂孔钻孔结构设计
根据本工程地质重要条件和倒垂孔设计要求，造孔拟采用金刚石单管导向管柱钻进。
本工程拟采用φ430mm金刚石钻头开孔，钻孔深度等于孔口导向管长度，下入φ377mm孔口导向管（长2m左右），管外用水泥砂浆固结，再以φ330mm、φ280mm金刚石单管钻进，以φ220mm终孔；必要时，可变径以φ180mm金刚石钻头钻进至终孔。造孔施工中，其粗径钻具长度不小于10m，以保证倒垂孔的垂直精度。
2）双金属标孔钻孔结构设计
根据本工程地质条件和双金属标孔设计要求，造孔拟采用金刚石单管导向管柱钻进。
双金属标孔拟采用φ430mm金刚石钻头开孔，钻孔深度等于孔口导向管长度，下入φ377mm孔口导向管（长2m左右），管外用水泥砂浆固结，再以φ330mm终孔。造孔施工中，其粗径钻具长度不小于10m，以保证双金属标孔的垂直精度。
2、钻进技术参数的确定
为保证钻孔的垂直精度，为防止钻孔偏斜，必须严格控制并随时调整钻进参数。孔底钻压控制在2~2.5Mpa，转速65~95r/min，冲洗液量80~110 L/min，钻速控制为0.5cm/min，以控制钻速来调整钻进参数，严格控制回次进尺。
3、钻机的安装与调整
1）钻机的安装是倒垂孔钻机的重要环节之一，必须认真对待。钻机安装在基台木上，再以三根18#槽钢作压梁，通过预埋的螺杆，将钻机基台牢固固定在坝台面上，保证钻机安装稳固，水平，周正，同时当松开螺杆时钻机又可前、后、左、右四个方向自由移动，以适应钻孔纠斜时钻机的平面位移。
2）钻机安装后，应采用两台经纬仪校正钻机立轴，使其上、下死点与孔口中心偏差控制在1mm以内。
4、孔口导向管的安装与调整
孔口导向管下入时，应使孔口导向管距孔底20cm左右，使导向管悬吊于孔内，并对其垂直精度进行严格细致的调整。其垂直精度高于倒垂孔精度，其中心偏差控制在2mm以内，调整后灌入水泥砂浆使其与孔壁固结。
二、造孔钻进施工工艺
钻孔防斜是倒垂孔施工的关键环节，在施工全过程中，必须严格控制钻进技术参数和钻进速度，并以钻速控制和调整其它钻进参数。
禁止盲目追求进尺，始终坚持“防斜为主，定时测斜和及时纠斜的原则，采取综合防斜和有效纠斜措施，确保孔斜满足设计要求。
1、开孔钻进
1）按设计图纸测量放样确定位误差不大于±2cm。
2）开钻前，应重新校对立轴中心，使其与导向管的中心相重合，采用合金钻具进行开孔钻进，开孔钻进应采用轻压慢转钻进。
2、孔身钻进
1）孔口导向管下入后，将开孔钻具连接立轴下端，置于孔口导向管内，采用垂线法逐一渐调整X、Y两个方向误差，使其精度控制在1mm以内。
2）在孔孔口向管内采用金刚石钻进，同时使用小于导向管内径2-3mm 钻杆扶正器，随着钻孔延伸，逐步加长粗径具，直至达到10-12m。必要时还可再加长，形成管柱钻具，以保证可靠导向性。
3、正常钻进与纠斜钻进
在钻进过程中，正常钻进时，采用长精径钻具；纠斜钻进时，、钻杆不用钻杆导向器，并采用短钻具，严格控制进尺。
4、钻杆扶正器
粗径钻具以上的钻杆均应设置钻杆扶正器，使钻具回转平稳，以消除由于钻杆挠曲摆动而产生的孔斜。本工程拟采用翼片式钻杆扶正器，外径方向镶以保径合金，以减小其磨损保证孔径。
5、钻进冲洗液
混凝土孔段采用清水钻进，基岩孔段采用乳化冲洗液，以润滑钻具，减少阻力，提高效率，延长钻、头使用寿命，保证钻孔垂直精度。
6、采用较小的钻进参数
立轴转速和钻进压力，是控制钻进速度、防止孔斜的关键环节，正常钻进中，不得使用钻机加压。
浅孔钻进时，可用粗径钻具和钻铤等孔底加压，深孔钻进时应减压钻进，使钻具呈微拉状态。
7、施钻技术要求
施钻时，上下钻具要平稳，严禁猛墩或强力起拔，钻具遇阻时要分析原因，正确处理，提钻时，严禁猛甩钻杆，钻具，防止其变形、弯曲。
每回次下钻时，粗径钻具、钻杆各螺纹连接部位应涂黄油，便于拧卸。
8、岩心采取
为保证岩心采取率，在岩心采取时，其卡料规格应符合要求，每回投入卡料采取岩心，争取一次取心成功。岩心采取后进行钻孔测斜孔斜符合要求才能继续钻进。
9、钻孔变径
钻孔变径是倒垂孔钻进的重要环节之一，钻孔变径应使用导向钻具钻进。当小径孔段长度等于大径钻具长度时，再去掉导向钻具。
变径钻进时，应采用轻压慢转的较小钻进参数。
10、定时测斜
1）定时测斜，即每钻进1m左右测定孔斜一次，并记录在测斜表格上，及时掌握和分析孔斜变化情况，如发现偏斜值超过规定范围，应立即采取有效的纠斜措施，防止因偏斜值过大而造成纠斜困难。
测斜工作必须在捞尽孔内岩心及沉淀物以后再进行。
2）测斜操作方法：
（1）首先安装好水箱架和水箱，保持基本水平。然后箱内注水，当浮体能在液面上自由漂浮时可停止注水。
（2）用钢丝与鼓形测斜仪连接，通过绕线架控制，将鼓形测斜仪下到预测孔深。
（3）将绕线架放置于浮体上，待浮体平稳后即可测量孔斜，在孔口十字坐标上量出偏斜的横坐标与纵坐标值。该坐标与孔口十字坐标原点的距离即为中心偏斜值。
11、钻孔验收
终孔后，应立即洗孔，清除孔内残渣，然后自下而上每1m或2m逐段测斜。经验收合格后下入垂线保护管。
三、钻孔设备机具选型及主要技术要求
1、钻机
根据本工程地质条件和倒垂孔设计要求，拟选择稳定性好，精度高、具有足够功率的金刚石钻机，以承受钻机过程中的扭矩，消除由于立轴晃动，偏心而产生的钻机具振动与不稳定。拟选择XY-4型液压钻机，以满足倒垂孔施工要求。
2、水泵
根据钻进工艺，钻孔直径和钻孔深度等因素。选择有耗能较小、操作灵活，可变量、解体性能好，便于搬迁的三缸往复式水泵，本工程拟选择BW-250/50型泥浆泵。
3、钻塔
根据本工程施条件及倒垂孔钻进的技术要求，拟选用稳定性好的四脚钢管式钻塔。安装时保证钻塔顶部天车前沿，立轴中心及孔口中心三点呈一垂线，钻塔四脚用螺栓紧固在混凝土坝面上。
4、孔口导向装置
为确保孔定位准确，开孔钻进铅直，升降拧卸钻具安全，本工程孔口导向装置，拟设计为孔口导向管。
5、钻具与立轴钻杆
根据本工程地质条件和倒垂孔设计要求，拟选择的足够刚性与强度的89mm粗径钻杆。钻具选用同轴度好，刚性强的钻具组。
岩心管、沉淀管、沉接头，钻杆与锁接头的加工精度应满足规定要求。其不同轴度误差应小于0.2mm，每米长度内的弯度不得大于0.5mm。立轴钻杆必须保持垂直。
6、钻杆扶正器
钻杆扶正器外径应小于孔口导向管内径或钻孔真径2-3mm。一般情况下，每根钻杆均应安装钻杆扶正接器。
7、钻头
根据本工程地质条件和倒垂孔设计要求，开孔钻进拟选作硬质合金钻头，开孔后拟选用表镶金钢石钻头。
8、钻孔测斜仪